ブロックチェーンとは？仕組みをわかりやすく解説【図解あり】

ブロックチェーンとは、ビットコインなどの仮想通貨（暗号資産）に使用されている基盤技術であり、金融とテクノロジーを融合させたフィンテック（Fintech）業界などで注目を集めている技術の1つです。

しかし最近ではその他の分野でも積極的に活用され始めており、日常生活における様々な取引への応用が進んでいます。

この記事ではそんな「ブロックチェーン」の基礎知識や専門用語、活用するメリット・デメリット、具体的な活用事例から今後の課題などについて、初心者の方でも理解できるようにわかりやすく簡単に解説します。

ブロックチェーンとは？

ここがポイント！　ー専門用語解説ー
・トランザクション：取引または取引に関する一連のデータのこと
・ハッシュ値：取引データから生成される"不規則な文字列"
・ブロック：複数の取引記録を一つにまとめたもの
・ブロックチェーン：取引記録をまとめたブロックを繋ぎ合わせて記録・保存しているもの

ブロックチェーンとは、ビットコインなどの仮想通貨を支えている基盤技術です。しかし実際には「ブロックチェーン＝仮想通貨の技術」ということではなく、正確には「取引データ、記録」のことを指します。つまりブロックチェーンは"お金"の取引だけに使用される訳ではなく、様々な「取引」を安全に記録するための技術ということになります。

基本的な専門用語を踏まえて簡単に解説すると、

• 取引データ（履歴）のことを「トランザクション」
• 取引記録を暗号化して作り出された不規則な文字列を「ハッシュ値」
• トランザクションをまとめたものを「ブロック」

と呼び、ブロックをチェーン（鎖）のように繋ぎ合わせて記録・保存しているものを「ブロックチェーン」と呼びます。

ブロックチェーンの大きな特徴は「情報を分散化して管理する」という点であり、取引記録を1つのパソコンで保管・管理するのではなく、ブロックチェーンを利用している"複数"のユーザーが使用しているコンピューター上で管理するシステムを採用しています。

取引記録は複数のパソコンで記録されているため、情報を扱う権限が一部に集中することもなく、データを不正に書き換えられる（改ざん）心配もありません。また、システム障害にも強い耐性を持つため、低コスト化つ安全に情報を管理することができる技術として期待されています。

基本的な仕組みを「簡単にわかりやすく」

ユーザー同士でお互いを管理する「分散型管理」

ブロックチェーンの基本的な仕組みを理解するためには「分散型管理」について少し掘り下げる必要があります。分散型管理をよりわかりやすく表現すると"ユーザー同士でお互いを監視し合う仕組み"ということになります。この仕組みはピア・ツー・ピア方式とも呼ばれています。

取引記録は複数のコンピューターで管理されているため、リアルタイムに新しい取引記録を追加していくことはできません。

ブロックチェーン上のデータの更新は一定期間ごとに行われるようになっており、データが更新される際には一定数の取引データがまとめられた「ブロック」を"承認"する作業が行われます。承認されたブロックはそれまでに繋げられてきた一連の長いブロックチェーンに正式に繋げられることになります。

取引記録は「ハッシュ関数」で暗号化される

おそらくこの時点で多くの方が「取引記録が複数の人々に管理される」という点に疑問を感じることでしょう。これはつまり「"いつ誰が誰にいくら送金した"と言った取引記録が世界中の人々に公開されている」ということになります。

まさしくその通りなのですが、情報漏洩を心配する必要はありません。取引記録（トランザクション）は「ハッシュ関数」によって暗号化されているため、誰もが簡単に取引の詳しい内容を確認できるということではありません。

ハッシュ関数とは、"誰がいくら送金した"といった元のデータから"ハッシュ値"と呼ばれる「不規則な文字列」を生成する関数であり、同じデータであれば同じハッシュ値が生成されるものの、少しでもデータに違いがあれば全く違うハッシュ値が生成される仕組みとなっています。

また、生成された文字列から元のデータを読み取ることもできないようになっているため、取引内容が全て丸見えになってしまうといった心配はいりません。

取引記録をまとめたブロックには、この「ハッシュ関数」によって暗号化された取引記録とブロックが繋がれる直前のブロックの"ハッシュ値"が含まれています。取引に矛盾が発生していないかどうかを確認する際には、この直前のブロックの"ハッシュ値"と、"ノンス値"と呼ばれる使い捨てのランダムな値を見つけ出すことによって確認を取ることができます。

取引の整合性を証明・承認して記録する「マイニング（採掘）」

ブロックチェーンに新しいブロックが繋がれるためには"ハッシュ値"と"ノンス値"を見つけ出し、取引が正しいものであることを証明して「承認」を得る必要があります。この取引の整合性を証明して記録する"承認作業"のことを「マイニング（採掘）」といいます。

マイニング（採掘）を行うためには膨大な計算を処理する必要があるため、基本的には"マイニング専用のコンピュータ（マイニングマシン）"が使用されます。この機械は非常に高価なものでもあり、計算を処理するために膨大な電力も消費するため、マイニングを行なって取引を承認した人には、その報酬として「新しいビットコイン」が支払われます。

この時初めて新しいビットコインが作り出されることになり、ビットコインが取引され、その取引を承認し、新しいビットコインが報酬として支払われることによって徐々にビットコインの供給量が増え、流動性が高まっていく仕組みとなっています。

しかしこれはビットコインをはじめとする特定の仮想通貨の仕組みでもあるため、厳密に言えば新しく生まれたその他の仮想通貨ではこの仕組みとは異なるシステムが採用されている場合があります。

ここで説明を行なった内容は「ビットコインの基本的な仕組み」であるため、この他にもいくつかの種類があることを覚えておきましょう。なお、ビットコインが採用しているこの取引証明の仕組みは「Proof of Work（プルーフ・オブ・ワーク/PoW）」と呼ばれています。

ここがポイント！
・「分散型管理」は、みんなでお互いを監視し合う仕組み
・「取引記録」は、ハッシュ関数で暗号化されるから安心
・「取引の承認・記録」の作業のことを"マイニング"と呼ぶ
・「ビットコインのマイニング」をすると報酬として"新しいビットコイン"がもらえる

特徴・メリット・デメリット

一般的にはブロックチェーン技術には「メリット」が非常に多く、「デメリット」はさほど無いと言われていますが、厳密に言えばそれらすべての「特徴」は適用する業界や使い方などによって効果や実際に世の中にもたらされる変化には大きな違いがあります。

あくまでも"使い方次第"であることを心に留めた上で、それらの特徴によって生まれる"可能性"と"危険性"を見極めていけるよう心がけておきましょう。ブロックチェーンの主な特徴としては以下のようなものが挙げられます。

• 中央集権化を防止
• 取引コストの削減
• 情報の改ざんが困難

中央集権化を防止

ブロックチェーンの代表的な特徴の一つは「中央集権化」するのを防ぐことができるという点です。

情報を複数のコンピューターで分散化して管理することによって、一部の企業や組織に権力が集中するのを防止することができる他、情報を記録している一部のパソコンが壊れてしまった場合にも、その他のパソコンに記録された情報からデータを復元することができるというメリットを得ることができます。

取引コストの削減

ビットコインなどの仮想通貨で取引を行う際には、金融機関などの仲介業者を必要せずに「お金を送る人」と「受け取る人」が直接やりとりを行うことができるため、送金手数料などの取引コストを大幅に削減することができます。

特に国際送金などに関しては従来の方法では、数千円の手数料と共に長い時間を必要としていましたが、仮想通貨で送金した場合にはそれよりも遥かに安い価格で迅速に送金を完了することができます。

情報の改ざんが困難

ブロックチェーンが採用している「分散型」の情報管理方法は、一度記録されたデータに変更を加えることが非常に難しいという特徴を持っています。

これはブロックチェーンの代表的なメリットの一つでもあり、お金のやりとりなどの記録も後から不正に変更することができないため、「情報を独占管理している一部の企業が取引記録を不正に改ざんする」といった不正行為を排除することができると期待されています。

しかし、確かにブロックチェーン上に記録されたテータは改ざんされる心配が無いものの、特定の企業や団体などが独自開発したブロックチェーンなどに関しては、そのシステムがどのような仕組みになっているかが明らかになっていないものがある他、記録された情報そのものが不正なものである可能性もあるため、「ブロックチェーン管理＝すべて安全」と考えることは危険でもあります。

ブロックチェーンの種類・分類

ブロックチェーンの特徴やメリットをより詳しく理解するためには、複数存在する「ブロックチェーンの種類」を理解しておくことが重要となります。

大まかな分類としては、ブロックチェーン・ネットワークの"管理者"が存在する「プライベート型」と管理者が存在しない「パブリック型」の二種類に分類され、それらの間には両方の特徴を合わせ持った「コンソーシアム型」なども存在しています。

	パブリック型	コンソーシアム型	プライベート型
管理者	なし	複数の企業	単独
参加者	不特定多数	特定複数	組織内
利用モデル	ビットコイン	金融機関など	金融機関など

パブリック型

「パブリック型」のブロックチェーンには"特定の管理者"が存在しないため、誰でも自由に参加して取引の記録・承認・確認を行うことができます。

ビットコインやイーサリアムなどが代表的な「パブリック型」のブロックチェーンであり、世界中の全ての人が取引履歴のを確認したり、マイニングに参加したり、通貨のやりとりを行うことができるようになっています。

プライベート型

「プライベート型」のブロックチェーンには"特定の管理者"が存在します。このタイプのブロックチェーンは単一の組織やグループ内で使用されるものであり、ネットワークに参加できる人も限られています。

グループの中だけで情報の分散型管理を行うことによって、不特定多数からの大規模なアクセスに耐えるための対策などを取る必要がなくなり、外部に情報を漏らすこともないため、必要最低限の範囲内でブロックチェーンの利点を活用することができます。

コンソーシアム型

「コンソーシアム型」のブロックチェーンには"複数の企業・団体が管理者"として存在します。コンソーシアムとは"協会、組合"という意味であり、「コンソーシアム型」のブロックチェーンはその協会に参加しているメンバーが管理・使用することになります。

つまり「コンソーシアム型」は"パブリック型"と"プライベート型"の中間に分類されるものであり、それぞれの利点をうまく掛け合わせたものになっています。

主に金融機関などの機密情報を扱う必要がある団体などで利用されており、代表的なものとしてはIBMが提供しているHyperldger Fabricなどが挙げられます。

各業界・企業の「活用・応用事例」

ブロックチェーンはビットコインの基盤技術として知られているため、金融の分野で利用されているイメージも強いですが、現在は様々な分野にも応用できる可能性がある有望な技術として注目を集めています。

現時点では、各業界や分野で活用した場合のメリットやデメリット、問題点などについての議論が行われている段階であり、実証実験などを行いながら活用方法が検討されている最中であるため、これから本格的に実用化に至るかどうかははっきりしていないものの、以下のような分野で導入に向けた取り組みが進められています。

金融業界

金融業界は特に多くのメリットをもたらすことができると期待されている分野の一つです。ビットコインが誕生したことによって「金融革命」が起こるとも言われていますが、マネーロンダリング（資金洗浄）や脱税などといった不正行為に利用されることを問題視する意見も非常に多く出ています。

技術的な問題点も数多く残っているため、ビットコインを「世界単一の通貨」として利用することは難しいとの考え方が一般的になっています。

このため、現在はビットコインの問題点を解決した新しい仮想通貨の開発やブロックチェーン技術を既存の銀行システムに応用しようという動きが進んでおり、これらの取り組みは従来の問題点を数多く解決できることが実証されているため、実用化の動きも進んできています。

物流業界

物流業界も多くのメリットを得られることが期待されている代表的な分野です。お金のやりとりだけでなく、運搬する製品の情報管理にも役立てることができると期待されています。

ブロックチェーン上で製品情報が管理されることによって、運搬されている商品が今どこにあるのかを簡単に確認できるようになり、適切に消費者の元に届けられているか、違法なルートに流れていないか、不正な商品が紛れ込んでいないかといったことも調べることができると考えられています。

製造業界

製造業界でも物流業界と同じようにブロックチェーン技術が重宝されています。自動車や航空機などの大規模な製品には多く企業が関わっており、基本的には複数の会社の部品が使用されています。

完成した製品に故障やトラブルなどの問題が発生した場合には、それらの部品に関する情報も含めた様々なデータを確認しなければならない場合もあるため、適切な情報管理が重要となります。

特定の組織内で使用できるブロックチェーンなどでそれらの情報を管理すれば、データが改ざんされる心配もなく、取引記録の確認作業も容易になると考えられています。

これらの業界を含めた様々な分野での実際の活用事例は以下の記事で業界ごとにまとめて掲載しているので、もっと詳しく知りたいという方はそちらをご覧ください。

>> 各業界でのブロックチェーン活用事例はこちら

問題点・懸念点・今後の課題

ブロックチェーン技術はここ数年間で世の中に知られるようになった発展途中の技術でもあるため、まだまだ多くの問題を抱えています。

非常に多くの分野に活用できると期待されている一方では、仮想通貨やブロックチェーンの技術開発に初期の頃から携わってきた専門家から『実際にはそれほど万能な技術ではない』と指摘する意見も出ています。

代表的な今後の課題としては以下のようなものが挙げられますが、ここで紹介するものは数多く存在する問題点の一部であり、テクノロジーの進歩によって解決に向かっているものもあるため、実際にブロックチェーン技術の評価を行う際には、最新の情報を確認しつつそれぞれのブロックチェーンの特徴を詳しく調べることが重要です。

処理速度の問題

処理速度の問題は長い間議論が行われてきた項目の一つです。ビットコインのような仮想通貨で支払いを行なった場合には、実際に相手にビットコインが届くまでに数分から数時間かかる場合があります。お金のやりとりに関しては特にスピードが重要となるため、"処理速度の問題"は決済用通貨にとって非常に重要な問題となります。

しかし現在では、このような問題を解決するためにビットコインキャッシュ（BitcoinCash/BCH）やリップル（Ripple/XRP）といった仮想通貨も開発されているため、通貨によっては日常の支払いに使用できるだけの処理速度を実現しています。仮想通貨にはそれぞれの目的に応じて、送金速度などにも違いがあるため、個々の特徴をよく理解することが重要です。

ブロックサイズに伴う問題

ブロックサイズの拡大、つまり取引量が増加することによって取引をまとめる「ブロック」の大きさに限界が訪れることも大きな問題の一つとなっています。この記事の冒頭で説明した通り「ブロック」は複数の取引記録をまとめたものですが、まとめれる取引の量には限界があります。

つまり、あまりにも利用者数が増えて取引量が多くなってしまった場合には、一つのブロックに収まりきれずにいくつかの取引が無効となってしまう場合があります。

この問題を解決するために「ブロックの大きさ（ブロックサイズ）」を拡大して取引量の増加に対処したのが先述したビットコインキャッシュ（BCH）です。これに対してビットコインは「Segwit（セグウィット）」と呼ばれる機能を実装することによってこの問題に対処することを試みています。このように取引量の増加に関する問題は現在でも重要な課題の一つとなっており、現在でも議論が続けられています。

大きな可能性を秘めた期待の新技術「ブロックチェーン」

ブロックチェーン技術に関する話題は現在も世界中の様々な場面で取り上げられており、多くの議論が交わされていますが、世界は確実にこの革新的な技術を上手く活用していく方向に進んでいます。

仮想通貨に関しては国によって方針に大きな違いがあり、取り扱うことを全面的に禁止とする国なども見られていますが、ブロックチェーンの技術に関してはほとんどの国が前向きな姿勢で具体的な活用方法を模索しています。

日本のテレビなどではあまり大々的に報じられてはいませんが、国家レベルのブロックチェーンプロジェクトはすでに世界各国で始まっているため、今後もブロックチェーン技術活用の動きは加速していくことが予想されます。

今回説明させて頂いた内容をある程度理解できていれば、これまで難しく感じていたブロックチェーン関連のニュースもだいぶ理解できるようになるのではないかと思われます。

実際にブロックチェーン技術を取り入れている事例を見ていると、少しづつその利点や問題点も理解できるようになるため、初めから全てを理解しようとせずに軽い気持ちでブロックチェーン関連ニュースを眺めてみると良いかもしれません。

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執筆・翻訳：BITTIMES 編集部
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